CIÊNCIAS BIOLÓGICAS BACHARELADO – 1° TERMO – 2008

QUÍMICA GERAL E EXPERIMENTAL – PROFª RENATA MÉDICI

Relatório no. 03Título – Solubilidade de Sais Inorgânicos

Miriam Carla Bleggi Macedo Bleggi RA: 1300803649Sharisy Horácio Alves RA: 1300803584Heitor Garcia RA: 1300803258Rafaela Marchesi Barrionuevo RA: 1300803606

Resumo

O experimento teve por objetivo a construção de um gráfico demonstrando a curva de solubilidade do sal KNO3 (nitrato de potássio), a qual foi traçada sobre os coeficientes de solubilidade do mesmo, tendo como base a análise das temperaturas limite nas quais determinadas quantidades do sal se dissolveu.

Introdução

Dispersão é um sistema em que uma substância (disperso) está disseminada em outra substância (dispersante ou dispergente).

Pode ser classificado em: ● Solução: sistema cujas partículas possuem diâmetros inferiores a 1nm (10-10m);● Dispersão Coloidal: sistema cujas partículas possuem diâmetros entre 1nm e 100 nm;● Suspensão: sistema cujas partículas possuem diâmetros acima de 100 nm.

Características

Uniformidade da

dispersão

Visibilidade do disperso

Sedimentação do disperso

Retenção do disperso em

filtros

Solução HomogêneaNão visível em

nenhum aparelho

Não sedimentaNão é retido por nenhum tipo de

filtro

Dispersão Coloidal

Heterogênea

Visível em ultramicroscóp

io

Sedimenta apenas por

meio de ultracentrífuga

É retido somente por ultrafiltros

Suspensão Heterogênea

Visível em microscópio

comum

Sedimenta espontaneame

nte ou por meio de

centífuga comum

É retido por filtros comuns

Nosso objeto de estudo são as SOLUÇÕES

Solução: é o nome dado a dispersões cujo tamanho das moléculas dispersas é menor que 1 nanômetro (10 Angstroms), caracterizada por formar um sistema homogêneo (a olho nu e ao microscópio), por ser impossível separar o disperso do dispersante por processos físicos. São compostas por moléculas ou íons comuns.Podem envolver sólidos, líquidos ou gases como dispersantes (chamados de solventes - existentes em maior quantidade na solução) e como dispersos (chamados de solutos - existentes em menor quantidade).A solução também pode apresentar-se nos três estados da matéria (sólido, líquido ou gasoso).São classificadas de acordo com:

Estado de agregação da solução: sólido, líquido ou gasoso - Soluções sólidas: o solvente é sempre sólido e o soluto pode ser sólido, líquido ou gasoso. Exemplos: - liga metálica - níquel (soluto) e cobre (solvente),- amálgama de prata - prata (soluto) e mercúrio (solvente),- liga de platina e hidrogênio - hidrogênio (soluto) e platina (solvente).

Soluções líquidas: o solvente é sempre líquido e o soluto pode ser sólido, líquido ou gasoso. Exemplos: - açúcar (soluto) e água (solvente),- álcool (soluto) e água (solvente),- oxigênio (soluto) e água (solvente).

Soluções gasosas: o solvente é gasoso e o soluto gasoso. Exemplo:- ar atmosférico filtrado.

Tipos de soluções

Solvente

Soluto

Exemplo

SOLUÇÕES GASOSAS

gás gásoxigênio dissolvido em nitrogênio

gáslíquido

clorofórmio dissolvido em nitrogênio (vaporizado)

gássólid

ogelo seco dissolvido em nitrogênio (sublimado)

SOLUÇÕES LÍQUIDAS

líquido

gásdióxido de carbono dissolvido em água

líquido

líquido

etanol (álcool de cereais) dissolvido em água

líquido

sólido

açúcar dissolvido em água

SOLUÇÕES SÓLIDAS

sólido gáshidrogênio dissolvido em paládio

sólido líquido

mercúrio dissolvido em ouro

sólidosólid

ocobre dissolvido em níquel

Natureza do soluto: Soluções Eletrolíticas: conduzem a corrente elétrica (partículas dispersas do soluto são íons ou íons e moléculas, dependendo do sal ou do ácido).Exemplo: sal e água.

Soluções Não-Eletrolíticas: não conduzem a corrente elétrica (partículas dispersas do soluto são moléculas).Exemplo: açúcar e água.

Proporção entre soluto e solvente: solução concentrada e solução diluída.

Solubilidade: é a medida da capacidade de uma determinada substância dissolver-se num líquido. Pode-se expressar em mols por litro, em gramas por litro, ou em percentagem de soluto/solvente. O conceito de solubilidade se estende também para solventes sólidos.Na solubilidade, o caráter polar ou apolar da substância influi muito, já que, devido a polaridade das substâncias, estas serão mais ou menos solúveis.Pode-se colocar, como regra geral, que:

Substâncias polares dissolvem substâncias polares. As substâncias polares também dissolvem substâncias iônicas;

Substâncias apolares dissolvem substâncias apolares.

O termo solubilidade é utilizado tanto para designar o fenômeno qualitativo do processo (dissolução) como para expressar quantitativamente a concentração das soluções. A solubilidade de uma substância depende da natureza do soluto e do solvente, assim como da temperatura e da pressão do sistema. É a tendência do sistema em alcançar o valor máximo de entropia.O processo de interação entre as moléculas do solvente e as partículas do soluto para formar agregados é denominado solvatação e, se o solvente for a água, hidratação.

Como acontece o processo de dissolução Quando uma solução é formada ocorre uma disseminação espontânea de uma substância no interior de outra, originando um sistema mais entrópico (desorganizado) que as substâncias originais.O processo de dissolução usando o exemplo do soluto Cloreto de Sódio (NaCl) - sal de cozinha - e o solvente água (hidratação) será descrito abaixo.A figura a seguir representa o retículo iônico (retículo cristalino) do cloreto de sódio – NaCl - (íons cloro em azul e íons sódio em vermelho), que é um sólido de alto ponto de fusão e ebulição.

Figura 1 - Retículo iônico (retículo cristalino) do NaCl

Fonte: http://www.virtualquimica.hpg.com.br/image0IH.JPG

Quando dissolvemos cloreto de sódio em água, o processo de dissolução ocorre porque as moléculas do solvente colocam-se entre os íons cloro e sódio, enfraquecendo a atração entre os íons, ocasionando o “desmoronamento” do retículo iônico, dispersando os íons sódio e cloro entre a massa líquida.Mais particularmente, o pólo positivo da molécula da água atrai os íons negativos (cloro) do sal e o pólo negativo da molécula da água atrai os íons positivos (sódio), que ocasiona o enfraquecimento da estrutura iônica. 

Figura 2 - Enfraquecimento da Estrutura Iônica

Fonte: http://www.virtualquimica.hpg.com.br/image78P.JPG

Tipos de Soluções:

Saturação: é uma propriedade das soluções que indica a capacidade das mesmas em suportar quantidades crescentes de solutos, mantendo-se homogêneas. Em alguns casos especiais é possível manter em condições normais uma solução com quantidade de soluto acima daquela que pode ser dissolvida. Nesse caso fala-se em solução supersaturada, que é instável: com alterações físicas mínimas a quantidade extra de soluto pode ser precipitada.

Solução Insaturada É quando a quantidade de soluto usado se dissolve totalmente, ou seja, a quantidade adicionada é inferior ao coeficiente de solubilidade.

Solução Saturada É quando o solvente (ou dispersante) já dissolveu toda a quantidade possível de soluto (ou disperso), e toda a quantidade agora adicionada não será dissolvida e ficará no fundo do recipiente, ou seja, vai ser precipitada.

Solução Supersaturada Isto só acontece quando o solvente e soluto estão em uma temperatura em que seu coeficiente de solubilidade é maior, e depois a solução é resfriada ou aquecida, de modo a reduzir o coeficiente de solubilidade. Quando isso é feito de modo cuidadoso, o soluto permanece dissolvido, mas a solução se torna extremamente instável. Qualquer oscilação na temperatura faz precipitar a quantidade de soluto em excesso dissolvida.

Solubilidade nos gasesOs gases apresentam propriedades particulares para a solubilidade. Quando se aumenta a pressão, a solubilidade aumenta (Lei de Henry). O mesmo não acontece quanto à temperatura. Quando se aumenta a temperatura, diminui a solubilidade. Assim, a solubilidade é diretamente proporcional à pressão e inversamente proporcional à temperatura. Exemplo: para que um gás se dissolva num líquido - ex: água mineral gaseificada - é preciso aumentar a pressão sobre o gás e diminuir a temperatura do sistema.Vale lembrar que essas leis são válidas para qualquer gás, mas não para substâncias em outros estados físicos.

Coeficiente Solubilidade: é definido como a máxima quantidade de soluto que é possível dissolver de uma quantidade fixa de solvente, a uma determinada temperatura e pressão. É o que define se a solução é saturada, insaturada e supersaturada.

Dissolução endotérmica: aquela em que quanto maior a temperatura, maior o coeficiente de solubilidade do solvente, ou seja, temperatura e solubilidade são diretamente proporcionais.

Dissolução exotérmica: quanto menor a temperatura, maior o coeficiente de solubilidade do solvente, ou seja, temperatura e solubilidade são inversamente proporcionais.

Curva de Solubilidade: são gráficos que apresentam a variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura. Existem três tipos de curvas:

Curvas Ascendentes: representam as substâncias cujo coeficiente de solubilidade aumenta com a temperatura. São substâncias que se dissolvem com a absorção de calor, isto é, a dissolução é endotérmica.

Figura 3 – Curva Ascendente

Curvas Descendentes: representam as substâncias cujo coeficiente de solubilidade diminui com o aumento de temperatura. São substâncias que se dissolvem com liberação de calor, isto é, a dissolução é exotérmica.

Figura 4 – Curva Descendente

Curvas com Inflexões: representam as substâncias que sofrem modificações em sua estrutura com a variação da temperatura. O sulfato de sódio, por exemplo, até a temperatura de 32,4ºC, apresenta em sua estrutura dez moléculas de água, em temperatura acima de 32,4ºC o sulfato de sódio perde suas moléculas de "água de cristalização" e a curva de solubilidade sofre uma inflexão.

Figura 5 – Curva com Inflexões

Nitrato de Potássio (KNO3): é um sólido incolor romboédrico ou trigonal (KNO3), solúvel em água e insolúvel em álcool. Ocorre naturalmente como nitro e pode ser preparado pela reação de nitrato de sódio com cloreto de potássio seguido de cristalização fracionada.

PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICASEstado Físico SólidoForma CristaisCor BrandoOdor InodoropH (solução 1% em água)

6-9

Ponto de fusão 333°CCalor específico (25°C) 0,22 kcal/g °CCalor de Fusão 25 kcal/kgCalor de Dissolução - 85 kcal/kgTemperatura de decomposição

400°C

Solubilidade em água Temperatura (°C)

01020354060

Solubilidade (g/100g H2O)

1317306570112

Materiais e Reagentes

- 02 béquers com capacidade para 250ml- 01 proveta calibrada para 50ml- tubos de ensaio com capacidade para 20ml

- estante para tubos de ensaio- 01 bico de Bunsen - 01 tripé e tela de amianto- 01 termômetro de 0 a 100°C- 02 espátulas- 01 vidro de relógio- 01 pinça de madeira- 01 bagueta- 01 piceta contendo água destilada- Nitrato de potássio – KNO3

- Água destilada- Banho de gelo

Experimento

Observação: a professora anotou na lousa uma escala de massa de KNO3 e cada bancada foi designada para realizar o procedimento de acordo com determinada massa de sal à qual foi incumbida. No caso do nosso grupo, realizamos o experimento utilizando 3 (três) gramas de KNO3.

Iniciamos o experimento montando o sistema de aquecimento, posicionando adequadamente o tripé de ferro com a tela de amianto sobre o bico de Bunsen e acendemos o fogo.

Figura 6 - Sistema de Aquecimento

Fonte: http://www.cq.ufam.edu.br/cd_24_05/Fig9.jpg

Então coletamos 10ml de água destilada utilizando a proveta e despejamos em um tubo de ensaio e reservamos.

Figura 7

Em seguida, fomos até a bancada da professora e coletamos 3 gramas de KNO3 com a ajuda de um papel dobrado ao meio (para evitar que o sal caia) e de duas espátulas (uma para pegar o KNO3 do recipiente de armazenamento e outra para despejar cuidadosamente o sal sobre o papel dobrado), pesando cuidadosamente na balança analítica devidamente estabilizada (tendo o cuidado de verificar o peso do papel). Anotamos na lousa o peso real do KNO3 pesado (3,02 g).

Figura 8 – Pesagem do KNO3

Observação: no esquema representativo, a cor vermelha do sal KNO3 é apenas ilustrativo.

Então voltamos para nossa bancada e despejamos cuidadosamente o KNO3 no tubo de ensaio contendo 10ml de água destilada que estava reservado, observando de imediato que o sal não dissolveu.

Figura 9

Colocamos em um béquer aproximadamente 50 ml de água de torneira (não tem necessidade de ser água destilada) e colocamos sobre a tela de amianto para aquecer.Prendemos o tubo de ensaio na pinça de madeira e o colocamos (segurando pela pinça) dentro do béquer que estava aquecendo, realizando assim um “banho-maria”, mexendo cuidadosamente a solução com a bagueta até o sal dissolver completamente, resultando em uma solução supersaturada.

Figura 10 – Aquecimento do tubo de ensaio para dissolução da solução

Preenchemos outro béquer com água de torneira (não tem necessidade de ser água destilada) até que a altura da água no béquer seja suficiente para submergir completamente os 10ml de água que estão no tubo de ensaio, e colocamos algumas pedras de gelo.Em seguida colocamos o tubo de ensaio com a solução supersaturada dentro do béquer com gelo, realizando assim um banho frio, e dentro do tubo de ensaio colocamos o termômetro. Esperamos até começar a surgir os primeiros cristais precipitados e anotamos a temperatura limite.

Figura 11 – Resfriamento da solução supersaturada

até surgimento de cristais

Para termos certeza de que a leitura estava correta, voltamos a aquecer o tubo de ensaio até dissolver completamente os cristais que surgiram e voltamos a realizar o banho frio, medindo novamente a temperatura quando surgiram novamente os cristais do sal. Se a segunda leitura observada fosse muito diferente da primeira leitura, fomos instruídos a repetirmos o procedimento pela terceira vez por garantia. A média entre as temperaturas obtidas será a temperatura limite correta.

Resultados e Discussões

Observamos e anotamos os resultados obtidos no experimento, que seguem tabelados abaixo:

MassaKNO3

(g)

T1

(°C)T2

(°C)Média (°C)

2,00 7 8 7,53,02 19 18,5 18,75

4,028 21,5 22 21,755,035 41 40 40,56,368 68 74 717,026 60 55 57,58,094 50 55 52,5

9 - - -11 - - -13 - - -15 - - -

Aplicando os resultados obtidos no gráfico, para assim traçar a Curva de Solubilidade de KNO3 (g):

Lendo o gráfico acima, observando o Coeficiente de Solubilidade de 3g de KNO3, notamos que 1 representa a solução insaturada, 2 representa a solução saturada e 3 representa a solução supersaturada.

g KN

O3 /

10m

l H

2O

Temperatura (°C)

12

3

Conclusões

Observando os resultados obtidos, notamos que as temperaturas limite lidas nos experimentos com 6,368, 7,026 e 8,094 gramas de KNO3 estão indicando uma variação de temperatura limite significativa, especialmente observando a leitura de temperatura no experimento realizado com 6 gramas de KNO3, que indica uma temperatura limite superior à temperatura limite lida no experimento com 7,026 gramas, bem como na observação da leitura de temperatura no experimento realizado com 7,026 e 8,094 gramas de KNO3, notando que a temperatura limite para a solução com 8 gramas é inferior à temperatura limite para a solução com 7 gramas.

MassaKNO3

(g)

T1

(°C)T2

(°C)Média (°C)

2,00 7 8 7,53,02 19 18,5 18,75

4,028 21,5 22 21,755,035 41 40 40,56,368 68 74 717,026 60 55 57,58,094 50 55 52,5

A curva gerada no gráfico deveria ser uma curva ascendente (indicando que o coeficiente de solubilidade aumenta com a temperatura), tendo em vista que o KNO3 é um soluto que se dissolve com maior facilidade com a absorção de calor, isto é, é uma solução endotérmica. Concluímos então que pode ter ocorrido alguma falha no momento de realizar a leitura da temperatura.

Referências Bibliográficas

- WIKIPEDIA. Disponível em: http://www..wikipedia.org. Acesso em: 01 maio 2008.

- COLÉGIO SALESIANO – PROFª. EDNA. Disponível em: <http://64.233.169.104/search?q=cache:1cJrLhrCj2wJ:www.salesiano.com.br/media/Solu%25E7%25F4es.ppt+%22solubilidade%22+%22Professora:+Edna%22&hl=pt-BR&ct=clnk&cd=1&gl=br>. Acesso em: 01 maio 2008.

- PROGRAMA EDUCAR. Disponível em: <http://educar.sc.usp.br/experimentoteca/quimica/4solucaog_1.pdf>. Acesso em: 01 maio 2008.

- VIRTUAL QUÍMICA. Disponível em: <http://www.virtualquimica.hpg.com.br/misturas.htm>. Acesso em: 01 maio 2008.

- SETREM - QUÍMICA. Disponível em:

<http://www.setrem.com.br/ti/trabalhos/quimica/solucoes.htm>. Acesso em: 01 maio 2008.

- PUC-RS. Disponível em: <http://www.pucrs.br/quimica/mateus/quimicageralII.pdf>. Acesso em: 01 maio 2008.

- CEFETEC - Centro Federal de Educação Tecnológica de Química de Nilópolis/RJ. Disponível em: <http://www.cefeteq.br/aluno/arquivos/apostilas/quimica/Apostila_geral2_laboratorio.pdf >. Acesso em: 01 maio 2008.

- ESPAÇO CIENTÍFICO CULTURAL. Disponível em: <http://ecientificocultural.com/BFQ/solu01.htm#A>. Acesso em: 02 maio 2008.